Учёные впервые зафиксировали ядерные реакции в плазме звёздной плотности

Специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL, США) успешно провели уникальный эксперимент по измерению параметров ядерных реакций в высокоэнергетической плазме. Созданные условия максимально приближены к физическим процессам, протекающим в недрах звезд и при термоядерных взрывах.

Джон Деспотопулос, ведущий радиохимик LLNL и глава исследовательского проекта, пояснил, что получение прямых экспериментальных данных в условиях столь экстремальных температур и плотностей позволит существенно уточнить теоретические модели. Эти расчеты лежат в основе современной астрофизики и программ по обеспечению надежности ядерного щита.

Ключевым инструментом исследования стал Национальный комплекс зажигания (NIF) — самая мощная лазерная установка в мире. Мощности NIF позволяют генерировать плазму, характеристики которой сопоставимы со звездным веществом. Именно на этой площадке в 2022 году ученым впервые удалось достичь исторического рубежа — осуществления термоядерного синтеза с положительным энергетическим выходом.

В настоящее время NIF остается единственным научно-исследовательским центром на планете, способным воспроизводить условия, идентичные подземным ядерным испытаниям, для проведения высокоточных измерений.

Одной из сложнейших технических задач стала разработка технологии введения радиоактивных изотопов в миниатюрные мишенные капсулы, размер которых не превышает ластик на карандаше. Наполнение осуществляется через микроскопическое отверстие, что требует безупречной химической чистоты материалов. Деспотопулос в соавторстве с Келли Кмак создал инновационные методы радиохимической очистки. Используя вакуумные технологии и технику микроинъекций, они нанесли субнанограммовые доли легирующего вещества на внутреннюю поверхность капсул, избежав при этом блокировки входного канала.

Во время активной фазы эксперимента лазерные импульсы разогревали капсулы до сверхвысоких температур, провоцируя термоядерные реакции и интенсивный выброс нейтронов. После завершения «обстрела» команда анализировала образовавшиеся продукты распада с помощью прецизионных инструментов Центра ядерного счета LLNL, специализирующегося на регистрации сверхмалых доз радиации.

В ближайшем будущем ученые планируют применить этот подход для изучения реакций с другими радионуклидами. Приоритетным направлением станет измерение захвата нейтронов — процесса, имеющего фундаментальное значение для понимания звездного нуклеосинтеза (формирования химических элементов во Вселенной). Кроме того, рассматривается возможность получения необходимых изотопов для будущих тестов на специализированной Установке для генерации пучков редких изотопов (FRIB).

Источник: iXBT